基于WM8994的智能手機(jī)設(shè)計(jì)的訣竅

　如今，智能手機(jī)中以應(yīng)用為中心的設(shè)計(jì)已經(jīng)成為主流趨勢，同時(shí)這類設(shè)計(jì)中的外設(shè)功能如各種調(diào)制解調(diào)器已經(jīng)被卸載到各種獨(dú)立的芯片組中。導(dǎo)致這種結(jié)果的原因有許多，一部分是由于激烈的市場競爭所致，包括那種希望通過領(lǐng)先性能來實(shí)現(xiàn)差異化，還有手機(jī)制造商方面所面臨的快速上市壓力，以及與多媒體技術(shù)和無線芯片組領(lǐng)域里不同的技術(shù)發(fā)展思路交織在一起。

　　對各種應(yīng)用處理器“功能驅(qū)動(dòng)”的創(chuàng)新來說，其趨勢往往是偏離了“標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)”的發(fā)展道路，而偏向于無線通信芯片組的開發(fā)潮流。這些領(lǐng)域里所需的核心能力是有所不同的：藍(lán)牙、蜂窩或Wi-Fi芯片組需要滿足各自的規(guī)范，同時(shí)要求成本最低，而且功耗也要有競爭力;此外，為了應(yīng)對競爭，應(yīng)用處理器需要在其數(shù)字功能和性能上實(shí)現(xiàn)很大程度的差異化。日益激烈的競爭已經(jīng)把單芯片解決方案提供商的能力發(fā)揮到了極限，要想在器件功能的所有方面都能夠維持其領(lǐng)先優(yōu)勢已經(jīng)是不再切合實(shí)際了。如今，成本和上市時(shí)間方面的壓力正在驅(qū)使業(yè)界開發(fā)具有更有效分工的解決方案，從長遠(yuǎn)來看，這樣做無論是對芯片設(shè)計(jì)師還是對消費(fèi)者來說都是有利的，因?yàn)檫@可使芯片組提供商將精力集中在他們做得最好的地方，并在系統(tǒng)中消除許多浪費(fèi)成本的重復(fù)功能。

　　過去，這些外設(shè)功能通常是集成在一些應(yīng)用處理器或調(diào)制解調(diào)器中，其目的是為了通過集成來增值。由于時(shí)間和成本方面的壓力，使得它們的實(shí)現(xiàn)方案常常不盡如人意，特別是那些需要專業(yè)技能的地方。長期以來，音頻是過度集成的受害者，音頻功能的實(shí)現(xiàn)不但重復(fù)而且質(zhì)量較差，原因在于音頻的實(shí)現(xiàn)都是依賴于兩個(gè)或者更多的芯片組，再加上由系統(tǒng)集成商外加的一大堆“補(bǔ)丁”器件，由此來支持他們終端產(chǎn)品所需的混音、切換、爆破音和咔嗒噪音抑制以及功率放大。

　　歐勝微電子推出的音頻中心編碼解碼器WM8994充分利用了最新的、以應(yīng)用為中心的調(diào)制解調(diào)器架構(gòu)，這種架構(gòu)整合了所有的混合信號音頻功能，可確保選用低成本的處理器來成功實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，以及保證各種數(shù)據(jù)來源的音頻信號通路特性的一致(圖1)。

　　圖1：WM8994采用以應(yīng)用為中心的調(diào)制解調(diào)器架構(gòu)。

　　WM8994中集成了多種的模擬和數(shù)字I/O，目的是為了驅(qū)動(dòng)手機(jī)中所有類型的音頻換能器，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)與各種處理器之間的接口連接，例如用來處理藍(lán)牙收發(fā)器、FM調(diào)頻收音機(jī)、蜂窩調(diào)制解調(diào)器以及應(yīng)用處理器等。如此高水平的音頻集成，在為手機(jī)帶來靈活性、一致性以及高性能等好處的同時(shí)，在設(shè)計(jì)階段只需要投入很少的規(guī)劃，即可最有效地發(fā)揮系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)勢。

　　對于絕大多數(shù)混合信號系統(tǒng)，應(yīng)關(guān)注時(shí)鐘方案和系統(tǒng)噪聲的良好控制，再加上采用好的電源、接地方案和一個(gè)低噪聲基準(zhǔn)，這樣就能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的系統(tǒng)性能。不過，對于復(fù)雜的音頻系統(tǒng)來說，除此之外還有許多其他方面的挑戰(zhàn)。下面的設(shè)計(jì)技巧將告訴設(shè)計(jì)工程師如何在挑戰(zhàn)性極強(qiáng)的智能手機(jī)環(huán)境中充分發(fā)揮WM8994的優(yōu)勢。

　　采用WM8994設(shè)計(jì)智能手機(jī)的十大訣竅

　　1.提前規(guī)劃音頻應(yīng)用場景。對于每一種應(yīng)用，首先要搞清楚究竟都有哪些芯片組會(huì)啟動(dòng)，然后要搞清楚信號具體從哪里來，又要到哪里去?同時(shí)最高效的傳輸路徑是什么?在音頻流傳輸?shù)倪^程中必須要考慮到一些意外的事件發(fā)生。例如，當(dāng)一個(gè)特定的音頻通道激活的時(shí)候，如果發(fā)生某個(gè)事件，結(jié)果將會(huì)是什么?該通道應(yīng)該是被中止?衰減?與別的某種聲音混合?或者是重新尋找其他傳輸路徑?實(shí)際上會(huì)有多少這類的小型應(yīng)用會(huì)同時(shí)運(yùn)行?

　　2.要為關(guān)鍵應(yīng)用場景勾勒出音頻時(shí)鐘方案，然后也要為那些邊角應(yīng)用擬出時(shí)鐘方案。從“慣例”上來看，今天的邊緣應(yīng)用就可能是明日的“必備”功能。要確保各個(gè)鎖相環(huán)(FLL)、時(shí)鐘分配器和音頻接口都配置妥當(dāng)，使得處理器中的存儲(chǔ)緩沖器不會(huì)因?yàn)榉亲罴雅渲枚^滿或過空。由于WM8994中有足夠強(qiáng)大的時(shí)鐘可編程能力，因此能夠覆蓋絕大多數(shù)的場景;但值得考慮的問題是，F(xiàn)LL基準(zhǔn)時(shí)鐘應(yīng)當(dāng)來自每個(gè)應(yīng)用的什么地方?究竟哪一個(gè)端口應(yīng)該被配置成操作主模式?通過多個(gè)時(shí)鐘輸入引腳中的一個(gè)來連接到始終喚醒的32KHz時(shí)鐘，就能夠在許多情況下實(shí)現(xiàn)功率節(jié)省，特別是在需要一個(gè)時(shí)鐘對GPIO輸入進(jìn)行去抖動(dòng)的待機(jī)模式，或者是在簡單的低功率音樂回放模式中。利用音頻接口位時(shí)鐘和幀時(shí)鐘作為FLL的基準(zhǔn)輸入，就不再需要另外的高頻主時(shí)鐘輸入，從而實(shí)現(xiàn)了功率節(jié)省。

　　WM8994的采樣率轉(zhuǎn)換器允許該器件在兩個(gè)彼此完全獨(dú)立的時(shí)鐘域內(nèi)工作，支持音頻混合和發(fā)送(路由)跨越這些時(shí)鐘邊界。由于器件的采樣率轉(zhuǎn)換器工作在兩個(gè)全雙工通道中的最大的一個(gè)上，因此，當(dāng)采樣率轉(zhuǎn)換器連接到音頻接口2和/或音頻接口3上時(shí)，幾乎沒有什么限制，而音頻接口2和3通常是連接到幾乎很少需要多于一個(gè)或兩個(gè)并發(fā)通道的無線芯片組的接口。

　　3.不用擔(dān)心采用D類工作模式的喇叭放大器。這種模式的放大器所節(jié)省的功耗是非常多的，所節(jié)省的功耗通常可以達(dá)到幾十甚至幾百毫瓦。隨著更多采用立體聲喇叭的手機(jī)出現(xiàn)在市場上，節(jié)省的功耗自然會(huì)翻倍。設(shè)想一下，如果所節(jié)省的功率預(yù)算能夠用于系統(tǒng)中其他的功能，對于那些對D類放大技術(shù)不太熟悉的工程師來說，數(shù)據(jù)手冊都給出了有關(guān)各方面的具體建議，包括電磁兼容(EMC)設(shè)計(jì)、如何選用喇叭、如何提高效率以及如何實(shí)現(xiàn)最佳的電路板設(shè)計(jì)。在早期的手機(jī)設(shè)計(jì)中，人們通常比較關(guān)注EMC;而如今，設(shè)計(jì)工程師則往往關(guān)注熱設(shè)計(jì)，因?yàn)閷?shí)際上在某些案例中，熱耗散對手機(jī)性能的約束更大。于是設(shè)計(jì)工程師們開始對電源利用效率予以更多的關(guān)注。D類放大器具有更高的效率，因而減小了喇叭放大器所用電源上的電流浪涌，這種浪涌會(huì)引起電池電壓的下降以及系統(tǒng)更早停止工作，并縮短電池壽命，尤其是這種浪涌與系統(tǒng)中其他的電流浪涌一起出現(xiàn)時(shí)，上述問題將更加嚴(yán)重。電池壓降幅度的減小將有助于降低高信號電平上的失真，而在有的場合還將提供更大的空間來提高喇叭的最大輸出信號。

　　4.在可能的地方，都應(yīng)該用數(shù)字連接來替代到調(diào)制解調(diào)器的模擬連接。盡管WM8994也能夠支持模擬語音數(shù)據(jù)通道，不過這種模擬方案會(huì)占用更多的系統(tǒng)級功耗，從而更容易遭受串?dāng)_侵害，這在很多情況下會(huì)導(dǎo)致PCB返工，并且會(huì)增加由信號通道上無源元器件的額外成本及電路板面積開銷(圖2)。

　　圖2：采用WM8994將大幅改善音頻性能。